煤矿安全监控系统中无线激光甲烷传感器的研究与设计

对比分析甲烷传感器的检测原理,提出一种具有压力和温度补偿的无线激光甲烷传感器的设计方案,详细介绍传感器的甲烷检测原理、温度和压力补偿以及无线通信等关键模块的设计,并对无线传感器进行基本误差、响应时间、温度和压力影响等性能测试。结果表明,该无线激光甲烷传感器精度高、响应快、运行稳定可靠,可实时监测井下甲烷气体浓度,满足煤矿安全监控系统中瓦斯监测的应用。     

无线激光甲烷传感器的设计研究

在对激光甲烷传感器工作原理分析基础上,提出了一种可以自动进行温度、压力补偿的无线激光甲烷传感器,并详细介绍了传感器的设计方案,具体包括总体设计方案、激光瓦斯探头设计、温度补偿、压力补偿、无线网络通信设计等内容,并进行了传感器性能试验。结果表明,设计的传感器具有传输效率高、性能稳定、响应速度快,可以实时对井下瓦斯浓度进行监测,满足矿井瓦斯监控需要。     

基于TDLAS的全量程激光CH_4检测气室设计与研究

为实现在线实时快速激光检测CH_4气体浓度,并保证传感器对分辨率的性能要求,通过分析不同气室长度对不同浓度CH_4气体对应的分辨率影响曲线,按照相同光程长度对应的分辨率值对应相乘,获得分辨率乘积效应值,得出气室光程长度设定在4～6 cm范围内能最大限度满足对分辨率的性能要求,开发了基于TDLAS技术的全量程激光CH_4传感器透射型测量气室,有效光程为5 cm,并综合考虑了气室结构的响应速度、防水防尘、温度压力补偿等因素,并详细阐述了测量气室的装调工艺。试验表明,该传感器在0～10%浓度范围内的测量误差小于±0.05%CH_4,在10%～100%浓度范围内的测量误差小于真值的±5%。     

矿用红外二氧化碳传感器设计

为准确地对煤矿井下的二氧化碳气体进行检测,根据红外二氧化碳传感器的检测原理,提出了一种具有温度和压力补偿的矿用红外二氧化碳传感器设计方案。该传感器主要以MKL15为主要控制芯片,将二氧化碳、温度及压力敏感元件输出的信号滤波放大后进行数据采集、分析处理,通过数码管显示,同时具有超限报警,与上位机进行通信等功能。大量实验结果表明,该传感器测量精度高、稳定可靠、受环境中温度及压力影响小等特点。     

煤矿安全监控系统中一氧化碳无线传感器的设计与实现

一氧化碳气体的质量浓度监测是煤矿安全监控系统的重要组成部分。国家煤矿安全监察局已在一些特定的矿井中推荐使用无线传感器。通过对比分析一氧化碳传感器的检测原理,提出了一种具有压力和温度补偿的一氧化碳无线传感器的设计方案。详细介绍了一氧化碳无线传感器的检测原理、温度和压力补偿方式、无线通信等关键技术,并对传感器进行了基本误差、响应时间、温度和压力影响等性能测试。结果表明,该一氧化碳无线传感器精度高、响应快、运行稳定可靠,可实时监测井下一氧化碳气体的质量浓度,满足煤矿安全监控系统中一氧化碳监测的需求。     

红外瓦斯传感器零点校正及温度补偿分析

针对红外瓦斯传感器探头经常受温度变化而影响测量的结果,设计采用了"交互式"的计算方法。在软件程序中实现对传感器的零点校正和温度补偿,使之提高瓦斯浓度检测精度,提高工作环境安全性。实验结果表明,测量准确性大大提高。     

一种具有温度和压力补偿的高精度矿用氧气传感器的研制

《煤矿安全规程》要求安全监控系统能实现对井下氧气浓度进行实时检测。结合现有氧气浓度检测技术,提出一种采用电化学原理的矿用氧气传感器的设计方法,阐述了传感器的工作原理,介绍了温度和压力补偿等关键技术,并对传感器检测精度、响应时间、温度影响和压力影响进行试验测试。测试结果表明,氧气传感器受环境影响小、测量精度高、响应速度快、运行稳定可靠,可实时监测煤矿井下氧气浓度。     

电化学气体测量压力补偿方法的研究

在煤矿瓦斯抽放系统中,管道环境压力变化范围一般达40~120 kPa。环境压力的变化,会造成电化学气体传感器检测异常。以电化学一氧化碳传感器为例,用实验手段建立环境压力影响的补偿数学模型和求解。实验验证该方法对一氧化碳压力影响效果显著,能够扩大电化学气体传感器的应用范围。     

光干涉式瓦斯自动警报器的应用技术——用于突出压力快速警报的 CH_4/CO_2检测器

该译文介绍了日本北海道东科计器株式会社最近研制的一种兼作瓦斯突出压力检测用的 CH_4检测器。文中系统地介绍了光干涉仪用作突出压力检测的原理构造、计算公式及井下试验结果。     

传感器技术讲座(七)

第七讲 气敏传感器 气敏传感器敏感于各种气体成分,能用于检测各种有害气体和可燃性气体,在矿井气体分析,尤其在煤矿瓦斯的检测、报警方面占有特殊的地位。 一、热电阻瓦斯传感器 热电阻瓦斯传感器分热导式和热催化式两类,主要用于检测矿井瓦斯(CH_4)浓度。 1.热导式瓦斯传感器:不发生化学反应的混合气体,导热系数λ_c为各种气体导热系数的平均值。即     

光干涉式瓦斯自动报警器

<正>一、概要 如所周知,目前世界上广泛使用于煤矿的沼气测定仪是一种应用光干涉原理的携带式测定仪器。30年来,本公司在制造该种测定仪器的同时,利用同一原理研制出了自动瓦斯报警器和集中监视用瓦斯检测仪。从原理上来说,光干涉仪在测定气体的同时,亦可作为压力传感器使用,因此,又研制出了沼气检测仪兼瓦斯突出压力检测仪。于此,将其实用情况作一介绍。此外,光干涉仪还可测定不燃性气体,故和测定燃烧方式的传感器组合,研制了分别指示CH_4和CO_2浓度的计量仪表。这里一并介绍如下。     

W_(821)型高低浓度瓦斯检测仪

目前国内携带式检测瓦斯的仪器,主要是光干涉瓦斯检测仪,使用量达9万多台。这种仪器受温度及气压的影响较大,且量程为0～10％,如要扩大量程就需改气室,使用不方便。而国外应用热催化原理的小型瓦斯检测仪,使用数量虽很大,但检测范围一般仅0～4％CH_4。针对上述情况,     

可调谐半导体激光吸收光谱式甲烷传感器温度补偿技术

随着可调谐半导体激光吸收光谱气体传感技术的发展,基于该技术的矿用甲烷传感器成为当前煤矿瓦斯监测领域的研究热点,相关产品已陆续投入煤矿现场应用,由于煤矿应用环境的复杂性,传感器测量准确性受环境温度的影响较大。针对这一问题,提出了一种基于分段插值和重心插值的自适应融合的迭代补偿算法,该方法首先取标定温度下浓度的值,计算传感器测量温度影响率,然后求出重心拉格朗日插值的不同温度下的插值函数,在此基础上再对被测浓度甲烷值进行分段插值得到新补偿温度影响率,由该新的补偿温度影响率得到补偿后的甲烷值,依此实现自适应的迭代对激光吸收光谱气体测试数据进行补偿,并进行了大量相关实验验证,在高瓦斯情况下,测量误差减小到1%,在低浓度瓦斯情况下,测量误差减小到0.01%;工程应用结果表明该补偿技术的应用有效的减小了传感器甲烷浓度测量的误差,为激光传感器在煤矿现场的正常运行提供可靠保障。     

受限空间N_2对CH_4最大爆炸压力的影响实验与模拟研究

为了研究N_2对CH_4最大爆炸压力的影响,选取单组分N_2,根据CH_4燃烧化学动力学原理,利用20 L球形定容弹实验研究了N_2对一定浓度的CH_4最大爆炸压力的影响;应用CHEMKIN模拟软件,选取相同的工况条件,对混合气体爆炸进行了数值模拟,并将实验数据与数值模拟数据进行对比。研究结果表明:在邻近CH_4爆炸界限浓度时,随着CH_4浓度的升高,起爆时间也随之增加;在CH_4爆炸上限浓度附近,最大爆炸压力随CH_4浓度升高而降低,在CH_4爆炸下限浓度附近,最大爆炸压力随CH_4浓度升高而升高;最大爆炸压力实验数据与数值模拟数据的变化趋势相似,但数值上偏差较大,并对产生偏差的原因进行了分析。     

管道型红外甲烷传感器在负压抽采管路中的检测技术研究

为解决煤矿井下瓦斯抽采过程中负压抽采管路中的瓦斯气体自然扩散到气室难度大,且需要有效滤水滤尘,同时抽采管路的负压变化也会对红外甲烷传感器测量数据产生影响问题,研究新型专用气路装置将传感器气室与抽采管路连接,同时在气室中内置红外探测敏感元件和压力采集元件,对瓦斯浓度和压力数据进行采集并建立压力补偿算法模型,进行瓦斯浓度测量值修正。结果表明:传感器气路装置可实现负压抽采管路中的瓦斯气体自然扩散到气室,压力补偿算法模型可消除抽采管路中负压对瓦斯浓度测量数值造成的影响。     

温补型光纤Bragg光栅压力传感器在锚杆支护质量监测中的应用

为了改善现有光纤光栅压力传感器应变-温度交叉敏感的问题,基于光纤光栅传感原理及弹性膜片结构,设计了一种新型的温度补偿压力传感器。建立了膜片结构变形力学模型,推导出了光纤光栅中心波长漂移与压力之间的数学关系,建立了传感器灵敏度与膜片材料和结构尺寸参数之间的数学方程,Matlab数值分析了膜片参数对灵敏度的影响,利用有限元软件ABAQUS对膜片变形特征进行了仿真分析。传感器理论压力灵敏度为40.43 pm/MPa,标定实验的灵敏度为35.6 pm/MPa,经温度补偿后的实际灵敏度为37.62 pm/MPa,实现了压力测量中的温度补偿。测试结果表明该传感器具有良好的线性度、较低的啁啾性及较高的稳定性,现场应用结果证实了光纤光栅传感技术在煤矿安全监测中的可行性,适合进一步推广应用。     

黔北页岩对CH_4、N_2、CO_2的吸附分析

页岩气主要成分为CH_4和N_2,驱替CH_4的首选气体为CO_2。为了获取黔北页岩对CH_4、N_2和CO_2的吸附特性数据,选取凤参1井样品在不同温度与压力下进行吸附实验,并进行吸附力计算。研究黔北页岩对CH_4、N_2和CO_2的吸附特性对页岩气资源评价与开发具有指导意义。     

注热CO_2驱替增产煤层气试验研究

当前煤变质程度高、割理不发育及煤储层压力低等因素严重制约着我国煤层气的开采与利用。为完善注CO_2驱替增产煤层气的基础理论研究,利用自主研发的煤层瓦斯驱替装置探讨了不同注气温度与注气压力条件下CO_2对煤层瓦斯驱替置换的效果,并分析了注气温度与压力对煤体的变形与渗透率的影响。研究发现:驱替气体注气压力与温度是影响CH_4产出率与CO_2储存量的关键因素,提高注气温度与注气压力能够在单位时间内驱替出更多的CH_4并存储更多的CO_2;注气压力由2 MPa增至4 MPa,CH_4产出率可提高6.7%~17.4%,CO_2储存量可提高78.60/%~99.7%;注气气体温度从28℃上升至60℃,CH4_产出率与CO_2储存量分别增加40.0%~43.8%和23.8%~38.4%,而驱替置换比降低8.4%~20.2%;驱替压力与温度的增加会使得煤体轴向应变增加98.1%和104.7%;常温注气试验后煤体渗透性下降37.1%~71.3%,提高驱替温度可使渗透率下降幅度降低19.8%~64.3%。     

含瓦斯煤渗透特性试验及其影响机理分析

为研究含瓦斯煤渗透率影响机理,利用自主研发的含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流装置,基于达西稳定流法试验原理进行了不同有效应力、不同温度和不同瓦斯压力水平下的煤样渗透特性试验。结果表明:在温度和瓦斯压力一定时,随着有效应力的增大,渗透率逐渐减小,且减小趋势逐渐减缓;在瓦斯压力和有效应力一定时,渗透率随温度升高逐渐减小,但其减小趋势基本不受有效应力改变的影响;在温度和有效应力一定时,渗透率随瓦斯压力的升高呈先急剧减小而后逐渐平缓的趋势,具有明显的Klinkenberg效应。并依据试验结果分析了有效应力、温度和瓦斯压力各自对煤样渗透率的影响机理,研究成果为瓦斯抽放率提高和煤与瓦斯突出防治的更深层次研究提供了重要的理论支撑。     

矿用压力传感器敏感元件温度漂移补偿技术

压力传感器敏感元件温度漂移是矿用压力传感器漂移的主要原因,文章列举了几种多晶硅压力传感器的温度漂移补偿方法,并分别讨论了它们的原理及特点,指出了更适合矿用压力传感器敏感元件的温度补偿方法。